淺埋暗挖原理在隧道冒頂塌方治理 中的應(yīng)用效果研究

(中鐵十一局集團(tuán)城市軌道工程有限公司， 湖北 武漢 430000)

根據(jù)相關(guān)調(diào)查顯示，淺埋暗挖施工技術(shù)最早出現(xiàn)于上世紀(jì)九十年代末的復(fù)興門地鐵折返線工程項(xiàng)目，并取得了良好成效，在此之后便在各大城市的交通建設(shè)行業(yè)展開了廣泛應(yīng)用，尤其是在各種工藝、技術(shù)不斷創(chuàng)新背景下，粉砂、淤泥質(zhì)軟土的成洞水平也在日益完善成熟。本文主要基于某隧道淺埋暗挖出現(xiàn)的冒頂塌方，充分參考施工現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)條件和技術(shù)水平等因素，通過“淺埋暗挖”工作原理來對(duì)松散土質(zhì)展開注漿加固，從而有效增強(qiáng)工程實(shí)際強(qiáng)度，對(duì)日后相關(guān)工作展開具有一定指導(dǎo)性意義。

一、工程概況

二、地質(zhì)水文特征及施工參數(shù)

在此以某省隧道施工為例，其總長(zhǎng)度約為256m，單洞雙向通行，其中最大開挖跨度約為12m，隧道主要位于河谷地帶，埋設(shè)深度大約在25-45m深度之間，淺埋偏壓，屬于典型化的傍山隧道。同時(shí)該隧道地質(zhì)環(huán)境總體較差，進(jìn)出口均處于切沖溝內(nèi)，圍巖崩坡積碎石將其全面覆蓋，厚度約在2-10m范圍內(nèi)，穩(wěn)定性能較差，被列入到V級(jí)區(qū)域，而洞身階段則是主要包括凝灰熔巖和角礫熔巖兩種，在受到強(qiáng)風(fēng)沖擊圍巖便會(huì)破碎。除此之外，地下水類型主要是第四系堆積層孔隙水和基巖裂隙水，主要獲得資源提供來源便是雨雪補(bǔ)給，具有較好排泄條件。而基于施工參數(shù)角度來看，該隧道主要為復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)類型，其中初期階段支護(hù)為噴錨支護(hù)+型鋼架；二次階段支護(hù)為混凝土襯砌，利用機(jī)械設(shè)備對(duì)其展開開挖，通常要將循環(huán)進(jìn)尺合理控制在0.5-1.0m之間。而隧道洞口Ⅳ圍巖階段主要使用上下臺(tái)階法，對(duì)爆破現(xiàn)象合理控制，而循環(huán)進(jìn)尺則要限制在1.5m之內(nèi)。

三、隧道冒頂塌方原因及過程

該工程施工到洞身的 K11+170-K1+176階段由于受到強(qiáng)風(fēng)影響，導(dǎo)致凝灰熔巖和角礫熔巖出現(xiàn)塌方情況，逐漸呈現(xiàn)出“人”字形狀，其中塌方最嚴(yán)重約高6.5m左右，對(duì)此施工單位主要采用是全斷面開挖手段。然而在幾日之后，又發(fā)生了二次塌方，經(jīng)過針對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的詳細(xì)檢查可以確定，主要為土和松散石塊結(jié)合的物體，逐漸致使地表結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫問題，并引起較大范圍的下陷。而施工單位采用全斷面開挖手段對(duì)其進(jìn)尺約為2m，卸荷過大，導(dǎo)致第一次拱頂塌方出現(xiàn)，在后期施工仍然采用全斷面開挖，致使隧道再次發(fā)生塌方。由此可以發(fā)現(xiàn)，該隧道冒頂塌方出現(xiàn)的主要原因在于施工過于冒進(jìn)，松散承受壓力嚴(yán)重超過實(shí)際支護(hù)承載力，從而導(dǎo)致整體結(jié)構(gòu)失去穩(wěn)定性。

（二）基于淺埋暗挖原理隧道冒頂塌方治理的實(shí)際應(yīng)用效果

三、淺埋暗挖工作原理

所謂淺埋暗挖原理便是指將初期支護(hù)作為基礎(chǔ)荷載的全面承擔(dān)，將二次建模作為安全性保證，而最終初期支護(hù)和二次襯砌則需要共同進(jìn)行承載。具體如下：第一，盡可能選擇合理的輔助性施工手法展開超前支護(hù)，積極實(shí)現(xiàn)圍巖加固效果，充分調(diào)動(dòng)部分圍巖的承載能力；第二，采用科學(xué)合理開挖手段，起到及時(shí)支護(hù)、封閉及圍巖效果；第三，在隧道治理施工期間應(yīng)充分保證測(cè)量監(jiān)控和信息反饋工作的有效落實(shí)，制定科學(xué)完善的設(shè)計(jì)方案。

二、全面施工方案

基于淺埋暗挖原理的隧道冒頂塌方治理方案主要包括以下幾步驟：第一，封閉地表裂縫和塌方體結(jié)構(gòu)。為達(dá)到防止地表水滲透其中，全面提升施工安全性的效果，施工人員在對(duì)洞內(nèi)展開具體施工之前，要利用噴射混凝土將隧道內(nèi)部因塌方而導(dǎo)致出現(xiàn)的裂縫嚴(yán)密封閉，同時(shí)進(jìn)行背后注漿回填，避免隧道內(nèi)部出現(xiàn)再次塌方問題。待隧道塌方體穩(wěn)定后，安排施工人員進(jìn)行塌體渣土清理。

第二，隧道冒頂塌方的注漿加固和支護(hù)施工。一般對(duì)于隧道冒頂塌方來說，治理施工的關(guān)鍵就在于注漿加固，經(jīng)過綜合因素的考慮分析，如塌方體結(jié)構(gòu)為土石混合體，結(jié)構(gòu)類型過于松散，孔隙之間存在差異較大，并且施工現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械設(shè)備和技術(shù)水平有限，都決定了需要選擇小導(dǎo)管注漿回填手段，具有施工操作靈活性較高和質(zhì)量保障的良好優(yōu)勢(shì)。而小導(dǎo)管注漿具體就是指止水和加固兩方面內(nèi)容，采用前進(jìn)式分段注漿，將其注漿壓力嚴(yán)格控制在0.4-0.6MPa之間，將加固終壓嚴(yán)格控制在1.0-1.5MPa之間，實(shí)際注漿壓力還需要充分根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試來明確。同時(shí)基于“封閉巖面，穩(wěn)定塌體”工作原則，施工人員還需要對(duì)隧道冒頂塌方的后方洞徑位置使用長(zhǎng)錨桿手段來對(duì)進(jìn)行支護(hù)加固，避免塌方范圍擴(kuò)大。除此之外，隧道冒頂塌方階段的支護(hù)參數(shù)如下：初次支護(hù)采用C25噴射混凝土進(jìn)行巖面封閉，然后架設(shè)I18工字鋼的型鋼拱架，并將其之間距離合理控制在50cm左右，采用ф 22鋼筋按間距500mm在型鋼拱架內(nèi)外兩側(cè)進(jìn)行焊接連接，確保拱架的整體穩(wěn)定性，在進(jìn)行C25噴射混凝土封閉成環(huán)，保證其初次支護(hù)能與圍巖有著緊密結(jié)合，并且還要做好初次支護(hù)的鎖腳工作，在隧道邊墻拱架腳部位置設(shè)置ф36鋼焊管，長(zhǎng)度不小于100cm。

第三，二次襯砌計(jì)算。施工人員需要選擇隧道結(jié)構(gòu)內(nèi)松散程度最厚的K11+173階段展開準(zhǔn)確計(jì)算，基于原設(shè)計(jì)洞身二次襯砌30cm厚度C40混凝土可以了解到，為充分保證隧道行駛的安全性，需要二次襯砌增加為35cm厚度的C40混凝土，而結(jié)構(gòu)主筋則按ф25＠150mm布置。同時(shí)隧道和圍巖之間的關(guān)系可用彈簧對(duì)其進(jìn)行模擬，通過“荷載-結(jié)構(gòu)法”展開計(jì)算，二次襯砌需要承受全部荷載計(jì)算，安全系數(shù)達(dá)到 K=2。通過相關(guān)計(jì)算檢驗(yàn)可以充分明確該隧道冒頂塌方的具體位置和裂縫大小等數(shù)據(jù)，從而基于此來及時(shí)制定合理有效的應(yīng)對(duì)措施，保證其使用功能和承載力都能最大限度提高。

三、監(jiān)控測(cè)量

基于淺埋暗挖原理的隧道冒頂塌方，需增加監(jiān)控測(cè)量的頻次及密度，故在初次支護(hù)的 K11+173-K1+178范圍內(nèi)進(jìn)行加密監(jiān)測(cè)，原設(shè)計(jì)拱頂沉降點(diǎn)和周邊收斂點(diǎn)按20m一道進(jìn)行布置，現(xiàn)按10m一道進(jìn)行布置，以便保證現(xiàn)場(chǎng)及時(shí)掌握隧道結(jié)構(gòu)的變形情況。

結(jié)束語(yǔ)：

總而言之，現(xiàn)階段隧道工程由于受到地質(zhì)條件因素和施工單位違規(guī)操作等不良行為等影響，導(dǎo)致隧道頻頻出現(xiàn)冒頂塌方現(xiàn)象，需要充分引起相關(guān)施工單位的關(guān)注和重視，根據(jù)上文案例可以了解到，對(duì)于較松散土質(zhì)結(jié)構(gòu)的隧道塌方來說，需要嚴(yán)格基于淺埋暗挖施工原理，及時(shí)采取相應(yīng)的分段開挖與支護(hù)加固措施，充分掌握冒頂塌方的相關(guān)參數(shù)，合理應(yīng)用前進(jìn)式分段注漿的小導(dǎo)管注漿手段。尤其需要注意的一點(diǎn)便是在隧道冒頂塌方出現(xiàn)之后，圍巖也具備一定程度穩(wěn)定性，因而要在最短時(shí)間范圍內(nèi)制定完善的應(yīng)用解決方案來對(duì)塌方起到控制作用，從而便于取得塌方治理的最佳應(yīng)用成效。

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